[ 導讀 ] 通過應用驅動和技術研發創新引領的互動式發展,基于物聯網技術的數字化油田建設,在油田數據采集、遠程監測、物資管理以及地面全面信息化等領域有非常廣闊的應用前景。

　　引 言

　　隨著傳感器、RFID、通信網絡、云計算等新技術的成熟和日益普及,物聯網技術的應用越來越廣泛,并逐漸在數字化油田、數字化醫療、智能電網、智能交通等多個領域中應用。它能夠實現人類社會與物理系統的"智能"整合,實現工業化和信息化的融合,被認為是繼計算機和互聯網之后的"第三次IT浪潮"。目前,國家大力推進信息化與工業化的融合,以信息技術改造傳統產業,政府和企業對物聯網技術的應用需求日益顯現。石油行業是一個跨學科、多專業相互配合的技術高度密集型行業。石油行業的信息化一直伴隨著行業的發展,并發揮著巨大的作用。數字化油田是油田信息化的高級階段,是油田信息化達到網絡化、數字化、模型化和科學化的全新標志。通過應用驅動和技術研發創新引領的互動式發展,基于物聯網技術的數字化油田建設,在油田數據采集、遠程監測、物資管理以及地面全面信息化等領域有非常廣闊的應用前景。

　　物聯網概述

　　物聯網(InternetofThings,簡稱IOT),顧名思義就是"物物相連的互聯網",它是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網的本質內涵是3C(Computation,Communication,Control)融合,是基于計算進程與物理進程深度融合的新計算模式,是計算、通信、控制與物理等多學科的交叉與融合。物聯網的功能特征是全面感知信息、可靠傳遞信息和智能處理信息,以實現對物體實施智能化的控制與管理。

　　物聯網是在計算機互聯網的基礎上,利用RFID、無線數據通信等技術,構造一個覆蓋世界上萬事萬物的"InternetofThings"。在這個網絡中,物品(商品)能夠彼此進行"交流",而無需人的干預。其實質是利用射頻自動識別(RFID)技術,通過計算機互聯網實現物品(商品)的自動識別和信息的互聯與共享。物聯網可分為三層：一是感知層,即物聯網的皮膚和五官識別物體,采集信息;二是網絡層,即物聯網的神經中樞和大腦信息傳遞和處理;三是應用層,即物聯網與行業專業技術的深度融合,與行業需求結合,實現行業智能化。

　　近年來,物聯網技術發展迅速,并取得了許多令人矚目的研究成果,其中較具影響力的包括國際電信聯盟發布的《ITU互聯網報告2005：物聯網》、歐洲信息社會與媒體委員會發布的《2020年的物聯網：未來之路》、IBM的"智慧地球"項目。據相關分析報告,全球物聯網市場規模將出現快速增長,2007年全球市場規模[FS:PAGE]達到700億美元,2008年達到780億美元,到2012年將超過1400億美元,年增長率接近20%。

　　運用物聯網技術構建數字化油田

　　數字化油田是實際油田的虛擬表示,能夠匯集該油田的自然和人文信息,人們可以對該虛擬體進行探查和互動。油田生產信息和地理信息息息相關,通過信息、基礎建設,提高企業對外部各種關鍵信息及時獲取、快速反應的能力,同時,通過企業信息化和數字化油田的建設,改善區域內部信息溝通、數據整合能力。數字化油田的核心是為石油企業建立數據和信息資產的共享機制和管理體系,在信息共享的基礎上,面向石油勘探、開發、地面建設、儲運銷售以及企業管理等各生產環節,建立多專業的綜合數據體系,并與各專業的應用系統進行高度融合。在建立油田生產和管理流程優化應用模型的基礎上,利用虛擬現實技術對數據實現可視化和多維表達,并且通過智能化分析模型,為企業的經營管理提供良好的信息支撐環境。基于物聯網技術的數字化油田是針對油田勘探開發信息化管理而專門開發的,以滿足油田日常生產運行、生產管理、生產監控、設備管理、成果展示的需求,是一套集石油勘探開發生產信息的采集、傳輸、存儲、處理、分析、發布、管理和應用于一體,規范、統一、安全、高效的全新現代化生產經營綜合數據于一體的管理應用平臺。

　　在物聯網技術支持下的"數字化油田"是把地震區、井場、站庫等油田生產制造現場為數據采集源點;采用自動化數據采集設備(比如傳感器),通過局域光纖網、GPRS/CDMA、微波通訊網等傳輸手段,將地震數據、井下測量的地層和井筒數據、井口測量的設備運行和流體屬性數據等海量數據實時采集進入信息管理中心的數據倉庫;按照科學的過程如數據模型進行數據的組織與管理,在此基礎上通過大量的業務模型進行知識集成,通過應用智能識別、數據融合、移動計算、云計算等技術,進而支持石油地質綜合研究、油藏分析等科學研究和在線模擬,完成生產實時診斷,科學研究的成果支持油田生產的綜合決策,決策信息反饋到生產制造現場進而完成環境監測、單元整合、過程模擬、參數優化和控制。運用物聯網技術構建數字化油田,不僅可以實現跨地域協同工作,緊密連接生產經營的各個環節,還可以實現油田業務與技術的整合、油田數據集成、油田狀態自動監測以及地面建設全面信息化。同時,還可以建立虛擬的數字地質模型,實現油藏描述的可視化和互動性。

　　物聯網應用實例--油水井生產遠程監控分析優化系統

　　油井生產遠程監控分析優化系統通過網絡遠程采集油井的功圖、[FS:PAGE]壓力、溫度、電流、功率、扭矩等數據,實現油井生產工況實時診斷;遠程實時產液量計量;用電消耗計量及能耗分析;應用扭矩法、電能法、功率曲線法等計算和調節抽油機平衡;基于診斷基礎上的油井工作參數優化設計;基于診斷、優化設計結果的專家解決方案發布;基于油井工況診斷和工藝參數設計結果,遠程實時實現對油井的"大閉環"智能控制,如圖1所示。注水井生產遠程監控分析優化系統通過網絡遠程采集注水井的壓力、流量等數據,根據注水井配水要求,進行當前流量和配注量的比對,利用PID算法自動調節閥門開度。同時將即時流量數據和累計流量數據以及各種壓力數據,傳送到RTU,利用CDMAGPRS網絡將數據傳回到油田企業內部網計算服務器。工況分析優化服務器將現場監控終端采集的數據進行超限報警、注水量計算、報表、曲線、圖示等數據統計;工況分析;參數優化設計等。Web發布系統根據系統設定的權限和管理范圍,對管理的水井進行定制查詢和統計、展示等。該系統使得注水設備具有物聯網的"計算、網絡通信、精確控制、遠程協作和自治"五大功能,如圖2所示。

 

　　圖1 油井生產實時分析設計專家系統架構

　

　圖 2 注水井生產實時分析優化專家系統架構

　　自2005年開始,大港油田通過試驗、示范、全面推廣,截至2009年底共實施2000多口油水井生產遠程監控分析優化系統,實現了油水井生產實時采集、實時計算、實時診斷、實時優化、實時發布、實時控制,有力地推動了油田的自動化、信息化、數字化的發展,2007年被確立為"港西模式"。"港西模式"為石油物聯網新項目的建設提供樣板。"港西模式"的核心技術是一套基于自動化技術、計算機技術、網絡技術、系統工程技術以及油氣田開發專業技術,以提高油田數字化水平、油井產量、系統效率、簡化地面流程為目的,集數據采集、數據管理、生產動態預測、工程分析、遠程計量、油井故障診斷、系統效率及損耗構成、優化設計、措施方案發布、智能控制等于一體的專家系統。該技術符合物聯網的定義,廣義上講,就是一個在環境感知的基礎上,深度融合了計算、通信和控制能力的可控可信可擴展的網絡化物理設備系統,它通過計算進程和物理進程相互影響的反饋循環實現深度融合和實時交互來增加或擴展新的功能,以安全、可靠、高效和實時的方式監測或者控制一個物理實體。大港油田港西油田簡化模式,讓計量站、配水間和傳統的三級布站模式退出歷史舞臺,擺脫"地面工藝調整圍著已建場站轉"的思想束縛,形成以滿足油藏開發需要為標準的地面工程建設新理[FS:PAGE]念,實現信息化、網絡化與油氣田地面集輸系統成功對接,屬于物聯網技術的典型應用案例,開辟了油氣生產的新途徑。"港西模式"對于創建節約型企業,實現老油田高效開發具有重要指導意義。

　　應用前景與展望

　　在我國信息產業科技發展"十一五"規劃和2020年中長期規劃綱要等重要發展規劃中,寬帶無線移動通信網絡與互聯網絡、物聯網絡之間的連接和融合是最重要的發展方向,這將創造新的產業鏈與商業模式,促進我國經濟與社會的可持續發展,是我國信息化和工業化的快速融合的有力武器。石油行業是一個跨學科、多專業相互配合的技術高度密集型行業。石油行業的信息化一直伴隨著石油行業的發展,并發揮著巨大的作用。石油物聯網作為一項新技術也將逐漸應用到油田生產實踐中。基于物聯網技術的數字化油田建設,在油田數據采集、遠程監測、物資管理以及地面全面信息化等領域有非常廣闊的應用前景,不僅可以實現跨地域協同工作,緊密連接生產的各個環節,還可以實現油田業務與技術的整合,進一步優化油田生產經營管理,拓寬油田勘探開發業務。運用物聯網技術構建數字化油田,是油田信息化建設的有效途徑。隨著油田勘探開發的進一步深入、信息采集與智能計算技術的迅速發展、互聯網與移動通信網的廣泛應用以及與傳感網結合的不斷深入,油田大規模運用物聯網的時機日趨成熟

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